基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)智慧大棚監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張晶晶

隨著我國科技水平、制造業(yè)水平的不斷提高，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也迎來了日新月異的發(fā)展。截至 2018年12月，國內(nèi)已有31個(gè)省市將物聯(lián)網(wǎng)作為新興產(chǎn)業(yè)進(jìn)行重點(diǎn)發(fā)展。新型傳感器不斷被研發(fā)生產(chǎn)，通信技術(shù)不斷升級換代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)蓬勃發(fā)展并日趨成熟。交通、建筑、醫(yī)療、安防等各個(gè)行業(yè)都能看到使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的產(chǎn)品。對于發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)來說，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正是其核心技術(shù)，是智慧農(nóng)業(yè)中智慧的體現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，使得智慧農(nóng)業(yè)變得更具體、更現(xiàn)實(shí)。

1 智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)的各項(xiàng)功能

1.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測功能

在指揮農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)中裝配了各種傳感器，這些傳感器 可以在任意時(shí)刻對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中各項(xiàng)條件的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測和收集。當(dāng)傳感器將這些信息數(shù)據(jù)收集好了之后，就會在有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)的幫助下，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)發(fā)送到后端的服務(wù)管理平臺。服務(wù)管理平臺會對傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔，并進(jìn)行精準(zhǔn)的分析。最后將分析出來的結(jié)果按照清晰的圖表或者圖片的形式表示出來，方便大棚系統(tǒng)的管理人員進(jìn)行查看。

1.2 遠(yuǎn)程控制功能

服務(wù)管理平臺對傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)的分析之后， 再根據(jù)大棚系統(tǒng)之前設(shè)規(guī)定的最優(yōu)閥值數(shù)再進(jìn)行分析，得出結(jié)果。這樣系統(tǒng)就會了解到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的具體狀況，利用智能識別和操作。

1.3 智能決策功能

通過前端傳來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)，再加上信息數(shù)據(jù)的分析和存檔。系統(tǒng)會借助于云計(jì)算等科學(xué)技術(shù)的幫助下， 為不同的農(nóng)作物專門建造一個(gè)專家數(shù)據(jù)庫。這個(gè)專家數(shù)據(jù)庫可以根據(jù)農(nóng)作物的種植經(jīng)驗(yàn)和種植技術(shù)，來發(fā)揮智能決策功能。

2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)之所以必備實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制等多項(xiàng)智能功能，是因?yàn)橛邢到y(tǒng)多款硬件結(jié)構(gòu)的存在。首先，Zigbee繼電器和 ADAM-4150 采集器將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)采集回來。之后再由 Zigbee串口服務(wù)器、各個(gè)路由器等多個(gè)設(shè)備的幫助下，將各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息發(fā)送到后臺，由服務(wù)管理中心接收，并進(jìn)行精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析和智能決策控制。最后，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)配備有高像素的視頻攝像頭，借助于這個(gè)視頻攝像頭 管理人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控到整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)的情況。

圖1. 智慧農(nóng)業(yè)大棚硬件結(jié)構(gòu)

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 組網(wǎng)設(shè)計(jì)

1）智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)中，之所以能進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集。是因?yàn)橛辛?Zigbee 組網(wǎng)技術(shù)的幫助。Zigbee 組網(wǎng)技術(shù)通過將系統(tǒng)中所有的節(jié)點(diǎn)用通信連接起來。在這個(gè)過程中，需要可以用到 Zigbee 的傳感器、Zigbee 的繼電器以及 Zigbee 的協(xié)調(diào)器。

2）在智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)，串口服務(wù)器不僅可以促進(jìn)串口的拓展，還可以成功轉(zhuǎn)換通信信息和和網(wǎng)絡(luò)信息，實(shí)現(xiàn)信息之間的互相轉(zhuǎn)化。所以工作人員需要將串口服務(wù)器的工作做好，確定好串口服務(wù)器的網(wǎng)址，確定好串口服務(wù)器的相關(guān)工作形式等。

3）根據(jù)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)需求來看，還需要另外配備電腦、 手機(jī)、路由器等。有了這些的存在，才能確保設(shè)備之間可以正常通信，不會發(fā)生信號中斷的現(xiàn)象。

4）當(dāng)所有的設(shè)計(jì)都安排妥當(dāng)之后，才能真正開始網(wǎng)頁的運(yùn)行和服務(wù)。而網(wǎng)頁的運(yùn)行和服務(wù)是需要安裝網(wǎng)頁服務(wù)器， 這樣才能真正運(yùn)行系統(tǒng)

3.2 軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)包括光照模塊、土壤模塊、溫濕度模塊和通信模塊。 系統(tǒng)關(guān)鍵代碼如下：

i（f? val<=50）

{亮 3 盞;}

else? i（f? val>50&&? val<=100）

{亮 2 盞;}

else? i（f? val>100? &&? val<200）

{亮 1 盞;}

else? i（f? val>200）

{滅 3 盞;}

fo（r? i=0;i<5;i++）{

val += analogRead（濕度傳感器信號引腳）;} val /=5;

while（val<30） {澆水;

fo（r? i=0;i<5;i++）{?????? // 多次測量取平均值

dampness_value += analogRead（濕度傳感器信號引腳）;?? }

dampness_value /= 5;} i（f? HValue<=30）

{ digitalWrite（LED，LOW）; i（f? Cnt==0）{

Serial.prin（t? "AT+CSCS=＼"GSM＼"＼r＼n"）; Serial.prin（t? "AT+CMGF=1＼r＼n"）;

Serial.prin（t? "AT+CMGS=＼"XXXXXXXXXXX＼"＼r＼n" Serial.prin（t? "Alarm！?。? H="）;

Serial.prin（t? HValue）; Serial.write（0x1A）; delay（50）;? }

4 總結(jié)

本設(shè)計(jì)是基于 ARM 無線傳感器節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)在農(nóng)田的溫濕度的監(jiān)測，使農(nóng)田的監(jiān)測更加的方便快捷。實(shí)現(xiàn)了對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件電路設(shè)計(jì)，完成了嵌入式設(shè)備與硬件設(shè)備的連接，實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和傳輸功能;節(jié)點(diǎn)順利對農(nóng)田大棚溫濕度進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測的結(jié)果符合預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，達(dá)到了預(yù)想的效果。

（作者單位：咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院）